基于光纤光栅超声检测技术研究

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1、硕士学位论文基于光纤光栅超声检测技术研究硕士研究生：戚仕涛指导教师：汤黎明摘要近年来，由于诊断超声的输出功率在不断加大，以及高强度治疗超声(包括超声手术、超声波碎石、超声热疗等)的广泛使用，对超声场在人体的分布情况进行精确测定更显得尤为迫切。通常，J人体内部的超声场分布是用复杂的理论模型来估算，由于人体内的超声场的形成可能来自于非理想源，且超声在不同组织间传播时会受到多种因素的影响，因此进行直接检测这种超声场方法的研究至关重要。光纤光栅传感器是近年来研究较多的一种新型传感器，它以极高的灵敏度和精确度，本征安全，抗电磁干扰，高绝缘强度，耐高温，耐腐

2、蚀，质量轻，体积小，柔韧，宽频带而著称。光纤光栅传感器集传感与传输于一体，应用非常方便。通过拉伸或压缩光纤光栅，或者改变温度，可以达到改变光纤光栅的周期和有效折射率，从而达到改变光纤光栅的反射波长的目的，反射波长和应变、温度、压力、压强等物理量成线性关系。根据这些特性可以将光纤光栅制成应变、温度、压力、加速度等多种传感器。论文通过分析光纤光栅波长解调原理和六种解调系统实现，综合考虑检测信号特点，、～I选定了基于透射式模型的光纤光栅超声波检测系统，并将系统分为三部分，并提出了相应的设计方案：一是通过对超声波的波形，特征参量，换能器和检测原理的分析，

3、确定了使用液浸式声透镜聚焦换能器产生聚焦超声场，给出了产生超声波系统，从实验中验证了超声波的产生及其焦点的位置，为进一步的光栅检测提供了参考。二是系统检测部分，设计了光电检测器，给出了其测试性能参数。三是在分析光栅检测超声波的频率响应问题的基础上，选择满足要求的光栅。最后给出并分析了整个实验结果。研究结果表明：超声波对光纤光栅的整体作用效果表现为：(1)当超声波长远远小于光栅长度时，超声波对光栅的整体作用被平均，光栅频率响应没有改变，布拉格波长没有变化，在这个条件下，没有量化分析来证明超声波的存在。(2)当超声波长和光栅长硕士学位论文度接近时，传

4、感光栅的每一层受到不同的应变而使得光栅啁啾，因而布拉格波长变化呈不规律性。(3)当超声波长远大于光栅长度时，布拉格波长变化与超声波幅度成比例。所以仅当超声波长远大于光栅长度时，通过光栅的布拉格波长变化便可检测出超声波的特性。论文对上述各系统设计的理论依据、设计思想以及实现过程中的关键技术细节都进行了详细地分析，对于所使用的新技术进行了具体的论证，并在此基础上有所创新。通过反复的测试与调整，实现了光纤光栅检测聚焦超声场性能参数等功能。再通过数据处理软件，对实际获得的数据进行处理，验证了整个传感系统方案的可行性。在论文最后总结了光纤光栅检测超声波系统

5、中存在的问题，并提出了一些将来改进的设想。关键词：光纤光栅；生物学效应；超声场；布拉格波长：解调硕士学位论文ResearchonUltrasoundDetectingTechniquesBasedonOptic-fiberGratingName：QiShi--taoSupervisor：TangLi—mingAbstractRecentyears，withincreasingoutputpowerofdiagnosisultrasound，andbroadlyusingllighintensitytreatmentultrasound(inclu

6、dingultrasoundoperation，ultrasounddetritus，ultrasoundheattreatment，eta1)，itisextremelyurgenttodetectaccuratelythedistributingultrasoundfieldinbody．Usually,theultrasoundfieldinhumanbodyisreckonedbycomplicatedtheoreticalmodel，butultrasoundfieldinbodymaybecomefromnon-idealsource

7、s，andmanyfactorsCaninfluencetheultrasoundfieldwhilespreadingthroughtissues，SOitisextremelyimportanttostudyanewmenthodfordirectlydetectingtheultrasoundfield．Optic—fibergratingssensorisoneofthemostinterestedsensorsbeingstudied，ithasmanyadvantagesashighsensitivityandprecision，sa

8、felatent，antielectricmagneticinterference，hi曲lyinsulated，endurableof